车用电容传感器的新契机

过去，在汽车里很少使用电容传感器，因为它们不好控制，难以读取数据，容易老化，并且依赖于温度。然而，其低廉的生产成本、简单的外形适应性及低功耗特性都是有利于其应用吸引人的属性。一种新的电容测量技术的兴起，使得车用电容传感器的数量急剧上升。

宏观上说，电容传感器通常通过将电容转换成其它物理量，例如电压、时间或频率进行分析。微观上说，电容传感器应用于汽车已经很长时间了；微电子机械（MEMS）加速度传感器就是基于电容传感器原理。这些传感器通常用于检测电荷的转移。美国模拟器件公司（ADI）现已开发出一种新的检测电容的方法，它采用了改进的Σ-Δ模数转换器（ADC）的输入级检测未知的电容并将其转换成数字量。ADI公司称其为电容数字转换器或CDC。本文首先解释一下CDC转换方法。接着介绍几种可在汽车中使用的电容传感器的工作原理。最后，简要介绍一下交替转换方法。

为了直观描述CDC转换方法，我们必须先着重介绍一下Σ-Δ ADC的工作原理。图1示出了一个简化原理图。

图1：Σ-ΔADC原理图

为了清楚地了解Σ-ΔADC的工作原理，我们首先考察积分器的输入端，它必须对长时间积分保持为零。它对短时间的跳变应将其转化成斜坡。当参考支路的输出幅度变化到与输入支路的幅度相同时其积分平均值为零，接着用比较器的输出对它起作用。当将参考支路切换到后续电容时，比较器输出为逻辑“1”。电容充电后对积分器反相积分，以便对积分器施加负参考电压。因此当输入端施加高电压时会产生大量的逻辑“1”，同样频繁地施加正（负）参考电压。由后面的数字滤波器转换的由“1”组成的数据流生成数字量。标准的Σ-ΔADC将未知电压与已知电压进行比较，通常与两个已知的（通常是相等的）电容器进行比较。因此实际上比较的是电荷。如果两个电压都已知（在本例中使用的是相等的电压），那么可以用公式Q=C